[发明专利]一种基于CCD阵列像素响应函数频域标定的无像差图像重构方法

摘要

本发明公开了一种基于CCD阵列像素响应函数频域标定的无像差图像重构方法，属于探测器技术领域，构建了像素响应函数的频域模型，利用高稳定的同频激光在远场产生正弦干涉条纹，通过改变同频激光的相对位置获得不同空间频率的条纹光场来对像素响应函数进行频域标定，分别求取各个像素响应函数的各阶定标系数，在此基础上结合傅里叶光学的方法，实现了CCD成像的重构，可实现CCD探测器的无像差成像。本发明所涉及的方法则可以标定出像素的频域响应函数，同时还能标定出各像素相对位置的微小偏移，重构的图像无采样模糊，调制传递函数(MTF)趋近于1，对比度无下降，具有定标精度高，应用前景广的特点。

主权项

一种基于CCD阵列像素响应函数频域标定的无像差图像重构方法，其特征在于包括以下步骤：(1)搭建探测器阵列像素响应函数频域标定系统使用单色且频率稳定、输出功率稳定的激光器，在自由空间中、波导中或者光纤中通过分束器分为若干束，在每束激光中使用检相、控相装置进行锁相和移相，以在空间中产生出具有不同空间频率的干涉条纹光场或者不分束，采用空间相位调制的方法产生干涉场；在干涉场平面处放置待定标的CCD相机及标准辐射度计，调节CCD平面与标准辐射度计的感光面共面，并通过数据线及控制线与计算机相连；(2)固定空间频率下的数据采集(2.1)打开激光器，调节激光器输出功率设置在规定值，选择两路输出激光束并干涉，此时所对应的空间频率记为(kx1,ky1)，待激光器预热完成输出激光模式及功率稳定后，将标准辐射度计移入测量光路，分别单独遮挡两光纤出射端口，在计算机控制下采集记录标准辐射度计的读数I11，I21；去除对光纤的遮挡，将待标定CCD移入测量光路，则此时入射的干涉场的光强度分布如式(1)所示，(x,y)为CCD上的空间坐标位置，设置CCD的曝光时间与增益值为规定值，在计算机控制下采集一组图像并取平均值，保存该平均值图像数据，记为Imn1，即第(m，n)像素的像素输出值；式中为两束激光束的相位差；(2.2)依次选择任意两路激光束进行干涉，重复步骤(2.1)，即可获得不同(kxj,kyj)下的I1j，I2j，Imnj，其中j＝1、2、3……J，J代表任意两路激光束的总组合数；(3)非线性最小二乘拟合标定像素响应函数的各阶系数像素响应函数的频域表达式如式(2)所示，式中xmn,ymn为像素(m，n)的理论中心点坐标，Δxmn,Δymn为像素(m，n)实际中心点与理论中心点的偏移量，qmn0,qmn1,qmn2,...为像素响应函数的各阶系数，实际取的级次越多，的精度越高，R~mn(kx,ky)=qmn0ei[kx(xmn+Δxmn)+ky(ymn+Δymn)](1+qmn1kx2+qmn2ky2+qmn3kxky+...)---(2)]]>像素响应输出值Imn满足式(3)的表达式，将第(2)步获取的数据代入式(3)，获得一组由J个非线性方程构成的方程组，为保证方程组有解，标定系数△xmn,△ymn,qmn0,qmn1,qmn2,...qmnL的个数必须小于等于方程个数，即要求J≥L+2，通过非线性最小二乘拟合即得到L+2个标定系数△xmn,△ymn,qmn0,qmn1,qmn2,...qmnL，从而可确定像素响应函数的频域表达式的具体形式，为在频域空间计算入射光场的各阶频域分量提供已知参量，以实现成像的频域重构；(4)对阵列规模为N×N的CCD，基于像素网格的结构，使用式(4)所示的离散频率形式，(kg,kh)为所取的空间频率，离散步长其中p为像素尺寸；(kg,kh)=2πN·p(g,h),g=-N/2,-N/2+1,...,N/2-1;h=-N/2,-N/2+1,...,N/2-1---(4)]]>对任意的入射光场的光强分布S(x,y)，CCD阵列将输出一副N×N像素组成的离散图像，任意像素(m，n)的像素输出值I'mn为已知量，且用式(5)所示频域的离散形式表示，求解由N×N个线性方程构成的线性方程组可求得Imn′=ΣgΣhS~(kg,kh)·R~mn(kg,kh)·Δkx·Δky---(5)]]>(5)入射光场的光强分布S(x,y)可通过对的傅里叶逆变换获得，将步骤(4)中求得的代入公式(6)所示的离散傅里叶逆变换表达式，即求得重构的入射光场的强度分布S'(x,y)：S′(x,y)=ΣgΣhS~(kg,kh)ei(kgx+khy)·Δkx·Δky---(6).]]>